Ingénierie de la fiabilité 101 :définition, objectifs, techniques

Comment évaluez-vous la qualité des produits que vous achetez ?

Le contrôle qualité traditionnel en usine consistera à effectuer des contrôles et des tests prédéfinis. Si le produit répond aux exigences définies, il est considéré comme parfait pour l'avenir . Cependant, vous ne direz jamais que vous avez acheté un produit de qualité si vous avez dû passer par le processus de réclamation deux fois ou plus avant l'expiration de la période de garantie.

Fiabilité et ingénierie de fiabilité aidez-nous à quantifier la qualité du produit en ajoutant la dimension du temps à l'équation de la qualité. En d'autres termes, nous ne voulons plus seulement savoir si un produit peut remplir sa fonction prévue au moment de l'achat. Au lieu de cela, nous voulons nous assurer que le produit fonctionne sans dysfonctionnement majeur dans des conditions normales aussi longtemps que possible.

L'ingénierie de la fiabilité n'aide pas seulement les organisations à produire des produits plus fiables, mais elle informe également les équipes de maintenance sur la façon de les entretenir pour augmenter le MTBF (temps moyen entre les pannes) et la durée de vie des actifs.

Si vous souhaitez en savoir plus, dans la suite de cet article, nous parlerons de :

• le concept de fiabilité
• principes fondamentaux de l'ingénierie de fiabilité
• les bases de l'évaluation de la fiabilité
• et les moyens par lesquels les ingénieurs en fiabilité peuvent améliorer la fiabilité des équipements

Qu'est-ce que la fiabilité ?

La fiabilité est un terme utilisé pour décrire la capacité d'un composant ou d'un système à répondre à certaines normes de performance sur une certaine période de temps, en supposant des conditions de fonctionnement normales.

Pour le mettre dans une autre perspective, si nous avons deux systèmes qui fonctionnent dans les mêmes conditions, celui qui fonctionne plus longtemps avec moins de problèmes majeurs est le plus fiable.

Étant donné que personne ne peut prédire l'avenir et garantir qu'un produit ne tombera pas en panne pendant exactement X heures d'utilisation, calculer la fiabilité vient avec une dose d'incertitude qui s'exprime sous forme de probabilité . Entre autres choses, nous pouvons utiliser le calcul de fiabilité pour estimer quelle est la probabilité qu'un système fonctionne correctement après x heures ou jours d'utilisation. Naturellement, la fiabilité de tout système sera élevée au début et diminuera avec le temps.

La fiabilité est souvent confondue avec la durabilité, la qualité et la disponibilité. Bien que les concepts soient similaires, ils ne doivent pas être utilisés de manière interchangeable. Voici une brève explication pour chacun.

Fiabilité vs durabilité

La durabilité peut être définie comme la capacité d'un produit physique à rester fonctionnel, sans nécessiter une maintenance ou une réparation excessive, lorsqu'il est confronté aux défis d'un fonctionnement normal tout au long de sa durée de vie (définition volée à Tim Cooper).

La principale différence entre la fiabilité et la durabilité est que la durabilité concerne principalement la durée de vie d'un produit malgré les pannes auxquelles il survit , tandis que la fiabilité essaie de réduire le nombre global et la fréquence de ces pannes.

De plus, le composant de durabilité est utilisé pour décrire une caractéristique des éléments physiques, tandis que la fiabilité peut également être utilisée pour les systèmes virtuels.

Selon le produit et son domaine d'application, la durabilité peut s'exprimer en heures d'utilisation, en nombre de cycles de fonctionnement ou en années d'existence.

Fiabilité vs qualité

La qualité est un concept difficile à définir. Une façon populaire de le décrire est d'examiner les facteurs qui affectent la qualité du produit. Cela nous amène au concept des huit dimensions de la qualité.

C'est en fait un moyen facile de différencier la fiabilité de la qualité, car nous pouvons simplement considérer la fiabilité (et la durabilité si vous regardez de plus près) comme une dimension de la qualité.

Si nous considérons la fiabilité comme un concept autonome, une autre façon d'examiner leur relation est de dire qu'un système fiable est un système qui conserve sa qualité dans le temps .

Fiabilité vs disponibilité

La disponibilité indique le pourcentage de temps pendant lequel un système est disponible (entièrement opérationnel) pour effectuer ce pour quoi il est conçu.

Le concept est très souvent utilisé en informatique pour décrire la disponibilité de l'infrastructure cloud. Les systèmes avec la disponibilité la plus élevée sont dans la plage de 99,99 % (ce qui signifie qu'un service/système n'est pas disponible pendant seulement ~52 minutes sur l'ensemble de l'année; souvent juste pour effectuer la maintenance programmée).

La disponibilité est affectée par la fiabilité et la maintenabilité. Les systèmes plus fiables connaîtront moins de pannes, ce qui améliorera leur disponibilité. De même, plus vous effectuez la maintenance planifiée rapidement, moins vous aurez de temps d'arrêt, ce qui conduit à nouveau à une disponibilité accrue.

Qu'est-ce que l'ingénierie de fiabilité ?

L'ingénierie de la fiabilité fait référence à l'application systématique des meilleures pratiques et techniques d'ingénierie pour fabriquer des produits plus fiables de manière rentable . La méthodologie d'ingénierie de la fiabilité peut être appliquée tout au long du cycle de vie du produit :de la conception et de la fabrication à l'exploitation et à la maintenance.

Cela étant dit, la principale valeur de l'ingénierie de fiabilité réside dans la détection précoce d'éventuels problèmes de fiabilité. Si nous décelons un problème de fiabilité à un stade précoce du cycle de vie du produit, comme au stade de la conception, nous pouvons grandement minimiser les coûts futurs (c'est-à-dire en éliminant le besoin d'une refonte importante du produit une fois qu'il est déjà sur le marché). Cette idée est représentée dans le graphique ci-dessous.

Les objectifs de l'ingénierie de fiabilité sont les suivants :

1. Utiliser les connaissances et les techniques d'ingénierie pour prévenir certains modes de défaillance et réduire la probabilité et la fréquence des défaillances.
2. Identifier et corriger les causes des défaillances qui se produisent, malgré les efforts déployés pour les prévenir.
3. Déterminer les moyens de traiter les défaillances qui se produisent, si leurs causes n'ont pas été corrigées.
4. Pour appliquer des méthodes d'estimation de la fiabilité probable de nouvelles conceptions et d'analyse des données de fiabilité.

Si vous regardez la liste de plus près, vous verrez que les objectifs sont ordonnés d'une manière qui suit le progrès naturel de l'application des différentes méthodes de fiabilité. Il n'y a aucun sens à essayer d'ajouter des redondances pour toutes les défaillances identifiées si certaines d'entre elles peuvent être évitées par de simples modifications de conception. En d'autres termes, la liste ci-dessus représente les étapes qui doivent être suivies dans l'ordre séquentiel pour s'assurer que les pratiques de fiabilité sont appliquées de manière rentable.

Les bases de l'évaluation de la fiabilité

L'objectif final de l'évaluation de la fiabilité est d'avoir un ensemble solide de preuves qualitatives et quantitatives que l'utilisation de notre composant/système n'entraînera pas un niveau de risque inacceptable . Il fait partie intégrante de l'ingénierie de fiabilité.

Dans ce contexte, le risque peut être défini comme la combinaison de probabilité de défaillance (la probabilité qu'un échec se produise) et la gravité de l'échec (quelles sont les conséquences de la défaillance ; peut inclure un risque pour la sécurité, des dommages secondaires potentiels, le coût des pièces de rechange et de la main-d'œuvre, des pertes de production, etc.).

Comprendre les mécanismes de défaillance et les modes de défaillance

Il n'est pas toujours facile de tracer la ligne entre la cause et l'échec. Si ce n'était pas le cas, il n'y aurait guère besoin d'ingénieurs en fiabilité et d'analyse des pannes.

Pour comprendre suffisamment les modes de défaillance et les mécanismes de défaillance pour y remédier efficacement, les systèmes complexes doivent être « décomposés » en composants. De cette façon, vous pouvez les analyser à un niveau individuel, ainsi qu'en fonction de la façon dont ils interagissent les uns avec les autres.

En plus de tout ce qui a été dit, la façon dont le système interagit avec son utilisateur et l'environnement est un autre élément à ajouter à la liste des éléments à prendre en compte, car une mauvaise utilisation et de mauvaises conditions de travail peuvent réduire la fiabilité du produit.

Tâches et techniques courantes utilisées en ingénierie de fiabilité

Selon la complexité du système et le type de système que nous examinons, diverses techniques et tâches peuvent être appliquées dans le cadre de nos efforts d'ingénierie de fiabilité :

• Analyse des causes profondes (RCA)
• Maintenance centrée sur la fiabilité (RCM)
• AMDEC et AMDEC
• Conception AMDEC et AMDEC processus
• Physique de la défaillance (PoF)
• Autotest intégré
• Analyse des blocs de fiabilité
• Analyse des données de terrain
• Analyse de l'arbre de défaillance
• Élimination du point de défaillance unique (SPOF)
• Analyse des erreurs humaines
• Analyse des risques opérationnels
• Examiner l'historique de maintenance pour analyser les taux de défaillance et collecter des données sur les défaillances
• Tous types de tests de collecte de données qui mesurent les performances du système/composant en situation de stress
• …

En utilisant toutes ces mesures, nous pouvons trouver les points faibles de notre système et voir quelles sont les chances que ces faiblesses entraînent des dysfonctionnements. Si le risque perçu est suffisamment élevé, nous devons y faire face par des mesures correctives. Les solutions courantes se présentent sous la forme de modifications de conception (par exemple, ajout de redondance), contrôle de détection, directives de maintenance et formation des utilisateurs .

Quantifier la fiabilité

Comme nous l'évoquions dans l'intro de cet article, la fiabilité est souvent un jeu de hasard (probabilité). Étant donné que vous utilisez des pourcentages et des données statistiques pour définir le risque, il est très important que toute l'équipe soit sur la même longueur d'onde et s'accorde sur les niveaux de risque acceptables qu'elle essaie d'atteindre.

C'est pourquoi il est très important d'utiliser un langage précis pour décrire les problèmes et proposer des solutions. De plus, en raison de données statistiques incomplètes et d'autres incertitudes, certains professionnels de la fiabilité recommandent de se concentrer sur les solutions plutôt que sur les risques d'échec.

Pour les défaillances de pièces/systèmes, les ingénieurs de fiabilité devraient se concentrer davantage sur le « pourquoi et comment », plutôt que de prédire « quand ». Comprendre « pourquoi » une défaillance s'est produite (par exemple en raison de composants surchargés ou de problèmes de fabrication) est beaucoup plus susceptible d'améliorer les conceptions et les processus utilisés que de quantifier « quand » une défaillance est susceptible de se produire (par exemple en déterminant le MTBF ). Pour ce faire, les risques de fiabilité liés à la pièce/au système doivent d'abord être classés et ordonnés (sur la base d'une certaine forme de logique qualitative et quantitative si possible) pour permettre une évaluation plus efficace et une éventuelle amélioration.

O'Connor, Patrick D.T. (2002), Ingénierie de fiabilité pratique

Comment les ingénieurs en fiabilité peuvent-ils améliorer la fiabilité des équipements de leur installation ?

Les ingénieurs en fiabilité peuvent aider à améliorer et à optimiser les processus de maintenance dans leurs installations de plusieurs manières, ce qui se traduira en fin de compte par une fiabilité accrue de l'équipement. Nous en discutons quelques-uns ci-dessous.

Aide à la conception et au développement de pièces détachées

L'usure qui accompagne l'utilisation quotidienne ne fait pas de discrimination. La plupart des actifs devront être régulièrement équipés de pièces de rechange pour continuer à fonctionner de manière efficace.

Les entreprises qui disposent des bonnes ressources peuvent choisir d'utiliser des machines CNC ou l'impression 3D pour créer leurs propres pièces au lieu de réapprovisionner constamment leur stock de pièces de rechange. De plus, ils peuvent avoir une vieille machine avec des pièces de rechange qui ne sont plus vendues ou faire face à une mauvaise panne qui nécessite une pièce sur mesure.

Dans ces scénarios, les ingénieurs de fiabilité peuvent travailler en étroite collaboration avec l'équipe de maintenance pour concevoir, tester et produire des pièces de rechange de qualité qui amélioreront la fiabilité des actifs sur site.

Effectuer une analyse des causes profondes

Une chose dans laquelle les ingénieurs de fiabilité devraient être très bons est l'identification et la compréhension des causes de défaillance. Pour cette raison, ils peuvent être chargés d'effectuer une analyse des causes profondes (RCA) . Ils peuvent examiner les manuels OEM, les pratiques de maintenance, les journaux de maintenance de l'équipement et d'autres documents pour trouver les raisons pour lesquelles des machines spécifiques échouent et suggérer comment éliminer et/ou atténuer chacune des causes d'échec trouvées.

Une façon de traiter les causes potentielles est d'appliquer les pratiques RCM.

S'assurer que les actions de maintenance abordent les bons modes de défaillance

C'est une extension du point précédent. Étant donné que le dernier point s'est concentré sur la recherche de ce que vous ne faites pas (quels modes de défaillance vous ne traitez pas), concentrons-nous ici sur ce que vous pourriez faire mal .

La plupart des entreprises se retrouveront dans une situation où elles effectuent une maintenance régulière sur un actif et cet actif connaît toujours des pannes. Bien qu'il puisse y avoir de nombreuses raisons à cela, l'une d'entre elles est que les techniciens de maintenance font quelque chose de mal, comme ne pas s'occuper des bons modes de défaillance. C'est là que se référer à l'analyse RCA peut être très utile.

De même, les ingénieurs de fiabilité peuvent occasionnellement vérifier comment les différentes pratiques de maintenance sont exécutées et comment elles peuvent être améliorées. Ils peuvent vérifier si l'équipe de maintenance utilise des pratiques obsolètes et effectue des tâches de maintenance préventive qui ajoutent de la valeur et résolvent les problèmes appropriés. Tous ces éléments doivent être facilement accessibles dans un bon système de GMAO.

Pour en savoir plus sur la GMAO, vous pouvez consulter notre guide Qu'est-ce qu'une GMAO et comment ça marche.

Enfin et surtout, les ingénieurs en fiabilité peuvent également aider à choisir les bons capteurs et équipements de maintenance conditionnelle pour la mise en œuvre de stratégies de maintenance avancées telles que la maintenance conditionnelle et la maintenance prédictive.

Réflexions finales

Les efforts sérieux d'ingénierie de fiabilité apportent des résultats sérieux. Avec les bonnes connaissances, les techniques de fiabilité peuvent être mises en œuvre quelle que soit la taille de votre entreprise.

À l'avenir, nous espérons que les organisations continueront d'investir dans la fiabilité, car cela aide toutes les personnes impliquées. Les sociétés de production bénéficient de la production de produits de meilleure qualité, les équipes de maintenance ont moins de mal à les entretenir et les utilisateurs ont moins de problèmes de performances tout au long de la durée de vie de leur produit. C'est une situation gagnant-gagnant.

Vous êtes un ingénieur fiabilité ou un professionnel de la maintenance et pensez que nous avons raté un point important ? Partagez vos impressions dans les commentaires ci-dessous.